I vitenskap, som i livet, ord ofte erverve mening gjennom bruk snarere enn gjennom definisjon. Vi bruker ‘art’ og ‘makt’ uten å bli plaget av sine unøyaktighet. Det samme kan sies om «molekyl’.
For eksempel, det har blitt definert som: «Den enkleste enhet av et kjemisk stoff som kan finnes, som består av to eller flere atomer som holdes sammen av kjemiske forbindelser.,’
en Annen definisjon går som dette: «Den minste partikkel av et stoff som beholder de kjemiske og fysiske egenskapene til stoffet og er sammensatt av to eller flere atomer; en gruppe av like eller ulike atomer som holdes sammen av kjemiske krefter.’
Men i denne andre definisjonen, ‘den minste partikkel av et stoff som beholder sine egenskaper’, er ganske meningsløst. Hvilke egenskaper? Tross alt, de fleste av dem vi har fokus på, slik som smeltepunkt, er bulk egenskaper., Og ideen om at molekyler er to eller flere atomer som holdes sammen av kjemiske forbindelser som får oss i den mørke bedrift med å definere en bond (som noen mener å inkludere van der Waals krefter og mekaniske obligasjoner») og skille molekyler fra, si, ioniske krystaller (som Lewis Gilbert først gjorde for hundre år siden).,
problemer med disse definisjonene ble markert med et siste forslag av Natur Kjemi redaktør Stuart Cantrill at catenanes og rotaxanes – enheter som består av atskilte covalently limt samlinger mekanisk conjoined (gjenget ringer, for eksempel) – må vurderes molekylære, ikke supramolecular. Resultatet ble en (godlynt) Twitterstorm, som andre kjemikere slo inn med sine synspunkter.
Supra krefter
Hva, du kan så spørre, definerer ‘supramolecular’?, Feltet er pioneer, franske kjemikeren Jean-Marie Lehn, bruker begrepet for å beskrive forsamlinger ‘holdt sammen av ikke-covalent vekselsvirkningene’.1 Som ville sikkert synes å inkludere catenanes (selv om det er covalent eller van der Waals krefter som til syvende og sist hindre separasjon av komponenter?). Men det ville også omfatter DNA-dobbel helix, protein conformations, molekylære krystaller, koordinering komplekser og væske-vann. Dette gjør det en ganske uhåndterlig, svært vidt begrep.
Så hvordan kan vi skille mellom molekyler fra supermolecules eller kondenserte faser?, Hvis molekyler må ikke lett falle fra hverandre i, og etablere en likevekt med, er deres egen, men individuelt stabile komponenter, så hva er det vi kommer til å kalle svake syrer eller faktisk vann? Hvis rotaxanes (hvor en syklisk molekyl fortsatt er tredd på en lineær ett på grunn av store begrensninger i grupper på tråden) er molekyler, hva om pseudorotaxanes, der det er ingen endekapper og threading er bare statistikk, eller holdes på plass av svake interaksjoner?, Man kan tydelig ingeniør en progressiv gratis-energi-barriere til unthreading med stadig mer klumpete slutten grupper, er det en gradvis overgang fra supermolecule til molekylet? Ved hvilken temperatur? Som løsemiddel?
Det ser ut til at når Lehn kalt supramolecular kjemi en «kjemi utover molekylet’ han siktet til en veldig tåkete grensen. Likeledes OSS kjemiker George Whitesides’ forslag om at kjemi bør flytte «borte fra molekyl» (i et papir utfordrende med tittelen » Er fokuset på «molekyler» foreldet?,’)2 reiser spørsmålet om hva, nøyaktig, er det at faget skal være på vei bort fra.
Mangler definisjon
Verken Lehn heller Whitesides er utfordrende status av molekylet som enhet for kjemi. Snarere, de argumenterer for at kjemi kan utvide sin forklarende rammeverk og praktiske evner ved å vurdere hvordan molekyler samhandle, kombinere og samordne å produsere funksjoner på høyere nivåer av skalaen hierarki. ‘Molekyl» brukes ikke som en fast definert måte å bli opp atomer, men som en kort sikt for et visst omfang og modus for kjemisk tenkning.,
det er sannsynligvis den beste måten å se det. Å kalle en «molekyl» en udelelig enhet av et sammensatt reflekterer kjemi historiske fokus på rene stoffer – på rensende og karakteriserer bulk forbindelser. Men kjemi virkelig kommer til sin rett i blandinger – inkludert den utrolige, organisert kompleksitet av cellen. Molekylet er en nødvendig konstruere for analyse, men mister noe av sin presisjon i kollektive funksjoner og egenskaper.
Men kommer nå. Er det egentlig noen konseptuelle problem når vi snakker om protein molekyler iscenesetter celle funksjoner?, Eller molekylær intermediater i overflaten katalyse? Selvfølgelig ikke. I stedet, dette er sikkert bare et eksempel på problemet med ‘naturlig slag’, diskutert av filosofer of science (mens forståelig nok ignorert av sine utøvere): trenger vi ord og kategorier for å formulere vitenskapelige ideer, men verden er ikke forpliktet til å respektere dem.
Vitenskapelige ord og fenomener som overlapper hverandre godt nok til at diskusjon og theorising; vi har ingen må bli overrasket eller disconcerted når vi finner at korrespondansen ikke alltid er perfekt., Kjemi gjør mer bruk av fuzzy men verdifulle konsepter (oksidasjon staten, bond, electronegativity) enn ikke fysikk (faser, styrker); biologi bruker sannsynligvis enda mer (arter, allostery, økosystem, genet). Det er ikke noe presserende behov for å overvåke grensene for disse ord, annet enn å underholde oss selv. Tanker som, jeg spør: hvordan vil du definere et molekyl?
Philip Ball er en vitenskap forfatter basert i London, UK